COGITONS ! !      




On ne peut comprendre le réel que par référence à une théorie : l'observation passive ne suffit pas.


Christian Magnan
Collège de France, Paris
Université de Montpellier II


Si le nombre est bien le signe par excellence de la relation que la théorie physique établit avec le monde réel, essayons de préciser le caractère de cette relation.

La première idée-force à dégager est que l'Univers - avec une majuscule, donc l'Univers réel - ne peut se comprendre qu'en référence à un univers - avec une minuscule, c'est-à-dire à un univers symbolique et théorique qu'on a coutume de baptiser un « modèle ».

Autrement dit, on ne peut pas dire comment l'Univers est fait en se contentant de le regarder passivement : s'il faut observer il faut aussi traduire les observations recueillies à la lumière d'un canevas théorique.

Par exemple la mesure de la luminosité du ciel nocturne réel ne nous apprend rien si elle est prise isolément. Elle n'acquiert de valeur que si on la compare au résultat numérique de tel ou tel calcul dans le cadre de telle ou telle hypothèse. Ainsi, en supposant que le ciel est rempli uniformément de galaxies on écrira la formule donnant la luminosité du ciel attendue en fonction de la distance des galaxies accessibles les plus lointaines. L'application numérique (luminosité observée vs luminosité calculée) indiquera alors par exemple que cette distance maximum est de l'ordre de la dizaine de milliards d'années de lumière : une connaissance est acquise.

Autre exemple : la mesure du décalage spectral des galaxies lointaines (ou décalage vers le rouge, ou augmentation de la longueur d'onde des rayonnements) est une chose, son interprétation en est une autre. On constate certes que toutes les galaxies s'éloignent de la nôtre avec une vitesse apparente de fuite augmentant avec la distance. Mais si on suppose qu'il s'agit d'une « vraie » vitesse, on comprend mal pourquoi celle-ci augmenterait avec la distance et on devrait aussi trouver le centre de l'explosion initiale qui aurait provoqué les mouvements constatés (ce qui s'est avéré impossible). Donc l'interprétation en termes d'effet Doppler est difficile à soutenir. Au contraire, dans le cadre de la théorie d'un univers courbe en expansion, les décalages vers le rouge trouvent une explication naturelle puisque l'Univers grandit et que la longueur d'onde d'un rayonnement le traversant grandit dans les mêmes proportions. De plus, la contradiction relative au centre hypothétique de l'expansion disparaît puisque dans un univers courbe en expansion il n'existe pas de centre, tous les points ayant même statut.

La question se corse encore en ce qui concerne la mesure de la distance d'une galaxie. On pourrait croire que cette quantité correspond à un concept bien défini et qu'elle est facile à obtenir (facile : aux « détails » techniques près). Or il n'en est rien. Dans un univers statique, il est vrai, il existe un lien direct entre la distance d'une source et sa luminosité apparente car celle-ci décroît comme l'inverse du carré de la distance de sorte que de la mesure de la luminosité on peut remonter en principe à la distance. En revanche, dans un univers courbe, il est impossible de procéder à une détermination aussi directe.

En effet, dans ce dernier cas, le phénomène d'expansion de l'espace se rajoute à l'effet de distance usuel. Pour déterminer la distance d'une galaxie il faut par conséquent distinguer entre éloignement dû à l'expansion de l'espace et éloignement dû à la position relative des galaxies. Et pour opérer cette distinction il faut connaître la façon dont l'expansion se déroule au cours du temps. Concrètement les objets observés seront caractérisés à la fois par leur décalage vers le rouge et par leur luminosité apparente et c'est à travers une procédure complexe basée sur un modèle théorique d'expansion et sur des analyses statistiques que ces deux quantités fourniront la position de la galaxie dans l'espace.

Pour résumer, et en exprimant les choses autrement, la notion même de distance dépend du modèle dans lequel on se place. (Une annexe mathématique est d'ailleurs consacrée à cette question.)

Nous avons également évoqué dans le chapitre sur la courbure de l'Univers cette opération de cartographie du monde consistant à prendre la Terre pour centre et à représenter chaque galaxie par une boule fixée à l'extrémité d'une tige, la direction de la tige indiquant la direction de la galaxie et la longueur de la tige mesurant la distance de la galaxie, distance réduite à une échelle convenable. On aurait pu penser que le modèle ainsi fabriqué était une bonne représentation du monde réel, à l'échelle de réduction près, puisqu'il reproduisait fidèlement ce que nous voyions. Or, tel n'était pas le cas. Parmi les déformations que la courbure de l'Univers introduisait, la plus étonnante était sans aucun doute la présence d'un bord, d'une limite, dans le modèle réduit, alors que le monde réel n'en possédait aucun.

Porter un regard brut sur le monde ne suffit pas à le connaître : il faut aussi - que l'on me pardonne la trivialité de l'expression - se fatiguer les méninges.

Si maintenant la première caractéristique du processus scientifique par lequel l'être humain fait connaissance avec le monde est l'impérieuse nécessité de s'en référer à un schéma explicatif théorique, le deuxième aspect de la question sera de souligner le caractère paradoxal des concepts forgés par l'esprit humain, c'est-à-dire la façon dont ils heurtent notre sens commun.

La courbure de l'univers évoquée à l'instant constitue l'exemple de choix d'un concept à première vue absurde. N'est-il pas choquant d'affirmer que notre monde n'a pas d'extérieur ? Et pourtant, c'est la réalité. Mais d'ailleurs, toutes proportions gardées, la rotondité de la Terre n'est pas non plus une « évidence » s'imposant naturellement à nous dans la vie courante (elle soulève dans un premier temps la question naïve du maintien sur Terre des habitants des antipodes : comment ne tombent-ils pas dans le vide ?).

Les réflexions ayant abouti à la notion d'univers courbe ne sont ni ordinaires ni immédiates, ce qui prouve bien que la découverte est le résultat d'une recherche qualifiable à juste titre de « pure », c'est-à-dire d'une recherche épurée de l'empirisme pratique quotidien. Cette démarche s'oppose fortement à notre façon habituelle, et finalement superficielle, de « voir les choses » (comme le dit l'expression courante).

Il ne s'agissait pas d'absorber brutalement des données observationnelles en les passant au « moulin » d'outils conceptuels quotidiens. Il fallait au contraire les voir avec des yeux neufs, les re-créer en quelque sorte, pour aboutir à l'étonnante conclusion que notre vision directe de la réalité nous induisait en erreur.

Parmi d'autres exemples de cette remise en question de nos idées reçues se hisse aux premiers rangs la fameuse histoire des jumeaux (théoriques !), l'un des deux quittant son frère resté à Terre et revenant plus jeune que lui après avoir effectué un voyage spatial à grande vitesse. Il est frappant dans cet exemple de découvrir qu'une notion aussi simple que celle de « durée » a perdu sa signification originelle, alors qu'elle semblait si naturelle. D'ailleurs, le courrier des lecteurs me le montre, nombreux sont ceux qui ont du mal à digérer ce qu'ils considèrent comme des sornettes !

La leçon est claire : ce que nous voyons peut être trompeur et, par conséquent, nécessite d'être remis en question.

Comme il y a toujours, de façon implicite ou explicite, une certaine interprétation de la réalité, la théorie sur laquelle se fonde une interprétation qui se révèlera juste par la suite peut contredire au départ cette réalité concrète, au moins en apparence. Pour construire un modèle scientifique (par exemple un modèle d'univers, mais la proposition s'applique aussi à la mécanique quantique) le physicien doit se livrer à un travail d'abstraction s'opposant au concret.

Dire qu'il n'y a pas d'analyse autre que théorique et scientifique (par opposition à la philosophie par exemple) qui puisse nous éclairer utilement sur la réalité physique du monde n'est donc pas suffisant : il faut ajouter que cette analyse ne peut être conduite que par un esprit qui tente de se dégager des réalités immédiates. Autrement dit, nous ne pouvons pas nous contenter de nous fier à nos sens, ni même à notre bon sens mais nous devons demander à notre esprit de dépasser les apparences pour forger des concepts hardiment novateurs et, il serait parfaitement juste de dire, virtuels.

Les idées d'Einstein sur l'espace-temps et la gravitation sont vraiment des « idées », c'est-à-dire des produits de la pensée pure s'appuyant sur des raisonnements logiques et non sur des situations réelles (qu'ils ont même tendance, redisons-le, à nier).

Pourtant il s'agit bien de partir des circonstances réelles; et d'y revenir. Ainsi les formules de la théorie de la relativité ont des applications bien concrètes et chiffrables : pensons au fonctionnement des centrales atomiques et aussi aux crédits nécessaires à la construction des grands accélérateurs de particules, dont la taille dépend des formules relativistes. Mais pour établir ces formules, il aura fallu dans un premier temps nier cet aspect concret des choses; trop concret aux yeux du théoricien.

Je suis fasciné par cette contradiction si mystérieuse et si richement chargée de sens : si l'esprit s'éloigne des apparences c'est pour ultérieurement s'en rapprocher de façon plus véridique.

Autrement dit, c'est pour mieux retrouver et décrire ce que nous percevons que nous devons mettre en question la perception elle-même. C'est l'histoire qui l'a prouvé : seul le refus de la réalité telle qu'elle se présente, c'est-à-dire l'effort d'abstraction, nous conduit à une meilleure connaissance de cette réalité.

Une idée voisine remarquable est la suivante : si elles veulent entrer en relation, la théorie et la réalité doivent rester indépendantes l'une de l'autre.


Version revue, corrigée et enrichie
du livre de Christian Magnan
La nature sans foi ni loi,
Éditions Belfond/Sciences (1988)
Dernière mise à jour : 14 avril 2005


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